毕业设计（论文）-垫块冲压模具设计

题目 垫块冲压模具设计 学生姓名 ： 学 号： 班 级： 专 业： 院（部） ： 指导教师 ： 年 月 日1摘 要模具，是以特定的结构形式通过一定方式使材料成型的一种工业产品，同时也是能成批生产出具有一定形状和尺寸要求的工业产品零部件的一种生产工具。大到飞机、汽车，小到茶杯、钉子，几乎所有的工业产品都必须依靠模具成型。用模具生产制件所具备的高精度、高一致性、高生产率是任何其它加工方法所不能比拟的。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品开发能力。所以模具又有“工业之母”的荣誉称号。全套图 纸加扣 3346389411或3012250582本设计对指定工件进行的单工序冲裁模设计，利用Auto CAD软件对制件进行设计绘图。明确了设计思路，确定了冲压成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的设计和校核。如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，保证了与其他部件的配合。对工件进行冲孔，并绘制了模具的装配图和零件图。本课题通过对工件的冲压模具设计，巩固和深化了所学知识，从而得到预期的设计意图。再设计时要具备的是细心，一定要多做几种方案，仔细思考哪种方案是最佳方案。例如：成本上、零件的耐用度、加工的工艺性等多方面来考虑。目 录 摘 要.11. 研究设计题目.4 1.1研究分析产品图.4 1.2冲裁件经济性分析.62排样设计与计算.6 2.1选择排样方法. 7 2.2确定搭边值.7 2.3计算送料步距与条料宽度.8 2.4计算材料利用率.9 2.5画出排样图.103.收集设计资料.113.1抗拉强度.113.2抗剪强度.114.工艺参数计算.124.1凸凹模刃口尺寸.124.2冲压力计算.124.3压力机选择.154.4压力中心计算.154.5冲压工艺分析.184.6冲压工序的方案确定.185.冲压模具结构确定.19 5.1模具类型的选择.19 5.2定位方式的选择.19 5.3卸料出件方式的选择.19 5.4导向方式的选择.196模具的装配图.197.工件的零件图绘制及分析.20结论.28参考文献.29致谢.301.研究设计题目1.1研究分析产品图1.1.1阅读冲裁件产品零件图 产品零件图是定制冲压工艺方案和模具设计的重要依据。在冲裁模具设计之前，首先要仔细阅读冲裁件产品零件图。从产品零件图入手，进行冲裁件工艺性分析和经济分析等。（1）零件图图1（2）生产批量：大批量（3） 零件名称：垫块（4） 材料厚度：1mm1.1.2冲裁件工艺性分析 此工件是一个轴对称的简单冲压件。零件结构简单，左右对称，对弯曲成形较为有利。可查得此材料所允许的最小弯曲半径，而零件弯曲半径，故不会弯裂。另外，零件上的孔位于弯曲变形区之外，所以弯曲时孔不会变形，可以先冲孔后弯曲。计算零件相对弯曲半径，卸载后弯曲件圆角半径的变化可以不予考虑，而弯曲中心角发生了变化，采用校正弯曲来控制角度回弹。冲裁件的外形和内形的转角处要避免尖角，此零件外轮廓圆滑，无尖锐的清角，无细长的悬臂和狭槽。1.1.3冲裁件上孔间距选择此零件小孔5与边缘之间的距离为2mm，大孔10mm与边缘之间的距离为5.65mm，其两孔之间的距离为10mm，均满足最小壁厚要求。其中最大尺寸为24mm，属于中小型零件。最小尺寸5mm，不小于最小冲孔的最小孔径（1.0t=5mm），所以工件尺寸设计合理，满足工艺要求。 （4）冲裁件的精度分析 零件图中两冲孔尺寸均未标注尺寸精度和位置精度，粗超度也无要求，设计时一般按IT14级选取公差值。普通冲裁的冲孔精度一般在IT12IT14级以下，所以精度能够保证。 （5）精度分析零件图中两孔尺寸均未标注尺寸精度和位置精度，粗糙度也无要求，设计时一般按IT14级选取公差值。其中普通的冲孔精度一般在IT12IT14级以下，所以精度能够保证。1.2冲裁件经济性分析冲压加工方法是一种先进的工艺方法，因其产品质量稳定、材料利用率高、操作简单、生产率高等诸多优点而被广泛使用。由于模具制造成本高，冲压加工的单件成本主要取决于生产批量的大小，它对冲压加工的工艺性起决定性作用。批量越大，产品的单件成本就越低，批量小时，冲压加工的优越性就不明显，所以，要根据冲压件的生产纲领，进行冲压加工的经济性分析。此零件精度要求低，生产批量大，所以采用无导向简单冲裁模进行冲压生产，就能保证产品的质量，满足生产率要求，还能降低模具制造难度，降低生产成本。通过工艺性分析，如果发现冲裁件的工艺性差，应在不影响其使用性能的条件下，对零件的形状和尺寸做必要的、合理的修改，或说明在设计时应如何避免容易产生的问题。良好的冲压性能表现在材料消耗少，冲压时不必采取特殊的控制手段,工艺过程简单，模具制造简单、寿命较长，产检品质量稳定、操作方便等方面。2. 排样设计与计算在冲压生产中，节约金属和减少废料具有非常重要的意义，特别是在大批量生产中，较好地确定冲件形状尺寸和合理排样是降低成本的有效措施之一。 2.1选择排样方法 冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。合理的排样是降低成本和保证冲裁件质量及模具寿命的有效措施，故排样时应考虑如下原则：（1）提高材料利用率。（2）合理排样方法使操作方便，劳动强度低且安全。（3）模具结构简单，寿命长。（4）保证冲件质量和冲件对板料纤维方向的要求。 因该工件是由圆弧和直线组成，且形状和结构对称，采用直排时材料利用率高，故选择直排。的排样形式来分，可以分为直排、斜排、对排、混合排、多样排和冲裁搭边法。2.2确定搭边值 排样中相邻两个零件之间的余料或零件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边值要合理确定，搭边值过大，材料利用率低，过小时搭边的强度和刚度不够，冲裁时容易翘曲或被拉断，不仅会增大冲裁件毛刺，有时甚至单边拉入模具间隙，造成冲裁力不均，损坏模具刃口，因此确定搭边值时应考虑如下因素： 材料的力学性能：软材料、脆材料搭边值要大一些；硬材料搭边值可小一些。（1）材料的厚度：材料越厚，搭边值也越大。（2）冲裁件的形状和尺寸：冲裁件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值越大。（3）排样的形式：对排的搭边值大于直排的搭边值。（4）送料及挡料方式：用手工送料且有侧压装置的搭边值可小一些，用侧刃定距比用挡料销定距的搭边值小一些。（5）卸料方式：弹性卸料比用刚性卸料的搭边值要小一些。搭边的作用主要有：（1）补偿误差的作用；（2）使凸凹模刃口双边受力均匀；（3）对于利用搭边拉条料自动送料的模具，搭边使条料有一定的刚度以保证条料有连续送进；（4）提高模具的寿命。2.3计算送料步距与条料宽度1）送料步距 条料在模具上每次送进的距离称为送料步距。送料步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。每次只冲一个零件的步距S的计算公式为：S=D+a式中：D平行于送料方向的冲裁件宽度a冲裁件之间的搭边值S=50x2+2=102mm（2）条料宽度 条料宽度的确定原则是：最小条料宽度要保证冲裁时零件周边有足够的搭边值，最大条料宽度要能在冲裁时顺利地在导料板之间送进，并与导料板之间有一定的间隙。因此，在确定条料宽度时必须考虑模具的结构中是否采用侧压装置和侧刃。因本副模具要求条料始终沿着导料板送进，所以模具结构中采用有侧压装置，则条料在有侧压装置的导料板之间送进时的计算公式如下1：条料宽度：B0-=（Dmax+2a）0-导料板之间距离：A=B+c=Dmax+2a+c式中：Dmax条料宽度方向冲裁件的最大尺寸a侧搭边值条料宽度的单向偏差c导料板与最宽条料之间的间隙 由书中表2.5.3条料宽度偏差查得=0.6mm，由表2.5.5导料板与条料之间的最小间隙Cmin，查得Cmin=5mm。B0-=（220+2x2.50-0.6=2250-0.6mmA=220+2.5x2+5X2=235mm2.4计算材料利用率 冲裁件的实际面积与所用材料面积的百分比叫材料利用率，它是衡量合理利用材料的经济指标。由文献7得一个进距内的材料利用率可用下式表示：=nA/BSx100%式中：A冲裁件的面积n一个进距内冲裁件数目 B条料宽度S进距由文献查板材标准，所选板材宽度标准为（200mm1000mm）的板材，根据材料的结构，选用宽=225mm的钢板，每条钢板可剪1张条料。则一个进距的材料利用率：=nA/BSx100%=（180x60+x20x20-4xx7.5x7.5）/102x225x100%38.5% 若考虑到料头料尾和边余料的材料消耗，则一张板料（或带料、条料）上总的材料利用率为:=nA/BLx100%式中:n-一张板料上冲裁件的总数目。A-一个冲裁件的实际面积。L-板料长度。B-板料宽度。2.5画出排样图ab 2.6 冲压力计算可知冲裁力基本计算公式为此例中零件的周长为216mm，材料厚度2mm，Q235钢的抗剪强度取350MPa，则冲裁该零件所需冲裁力为模具采用弹性卸料装置和推件结构，所以所需卸料力和推件力为则零件所需得冲压力为初选设备为开式压力机J2335。3. 收集设计材料3.1抗拉强度3.1.1抗拉强度概述 抗力强度是机械零件产品检验中最常用的性能指标，抗拉强度实在机械零件作为评估的承载能力的主要参数。当钢材屈服到一定程度后，由于内部晶粒重新排列，其抵抗变形能力又重新提高，此时变形虽然发展很快，但却只能随着应力的提高而提高，直至应力达最大值。此后，钢材抵抗变形的能力明显降低，并在最薄弱处发生较大的塑性变形，此处试件截面迅速缩小，出现颈缩现象，直至断裂破坏。钢材受拉断裂前的最大应力值称为强度极限或抗拉强度。3.1.2镁合金的抗拉强度表格3.2抗剪强度3.2.1抗剪强度概述 抗剪断强度是指在任一法向应力作用下 横切结构面剪切破坏时岩体能抵抗的最大剪应力；在任一法向应力作用下，毛培边沿已有破裂面剪切破坏时的最大剪应力称抗剪强度，实际为某结毛培抗剪强度。3.2.2镁合金的抗剪强度表格4.工艺参数计算4.1凸凹模刃口尺寸4.1.1凸凹模刃口尺寸计算 （1）在此垫块中按IT14取孔5的偏差为+0.36，公差为0.36；孔5的偏差为+0.43，公差为0.43；孔边距20的偏差为0.31，公差为0.62.按IT6IT7取刃口尺寸制造偏差值p=+0.020，d=-0.020，磨损系数x=0.5根据紫铜板料厚度1mm，取Zmax=0.55、Zmin=0.45，代入式|p |+|d|Zmax- Zmin可得 |+0.020|+|-0.020|0.55-0.45结果，0.0400.10，满足条件。（2）孔心距10的偏差为0.575，公差为1.15.刃口尺寸制造偏差值d和p取1/8,则d=+0.072，p=-0.072.磨损系数x=0.5，代入式|p|+|d|Zmax- Zmin可得 |+0.072|+|-0.072|0.55-0.45结果0.1440.10，不满足条件。如不满足式|p|+|d|Zmax- Zmin，则应缩小制造公差，可直接取下式来进行调整。 d=0.6（Zmax- Zmin）=0.6(0.55-0.45)=0.060 p=0.4（Zmax- Zmin）=0.4(0.55-0.45)=0.040来满足 |d|+|p|Zmax- Zmin |+0.060|+|-0.040|0.55-0.45结果，0.10=0.10，满足条件。以上各式中:d凹模的制作偏差值，； p凸模的制作偏差值，； Zmax最大合理间隙，； Zmin最小合理间隙，； 质检的公差，。4.2冲裁力计算4.2.1冲裁力概念 冲裁了是利用模具使板料沿轮廓产生分离的冲压工序。冲裁时所使用的的模具称为冲裁模。根据变型的机理的不同，冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁，通常所说的冲裁是普通冲裁。模具密冲裁断面较光滑，精密较高，但需要专门的精冲设备与模具。4.2.2冲裁力计算 P=KLt=1.3(8.33+1.43)5240=11085.792(N)110.851(KN)式中：P冲裁力，N： L冲裁周边长度，mm： t冲裁件材料厚度，mm： 材料抗剪强度，MPa: K系数，通常取1.3。4.2.2计算卸料力、推件力（1） 卸料力 Px=KxP=0.04110.815=4.434（KN）（2） 推件力 Pt=nKtP=20.06110.815=13.302（KN）式中：n卡在下模洞孔内的工件数，n=2； h凹模孔口高度； Kx卸料系数，查表得Kx=0.020.06； Kt推件系数，Kt=0.030.09；4.2.3计算冲压力总和该模具采用的是弹性卸料、下出件方式，因此冲压力的总和为 P总=P+Px+Pt=110.851+4.434+13.302=128.587（KN）4.3压力机选择压力机类型选择主要依据所要完成的冲压性质、生产批量、冲压件的尺寸及精度要求等。本项目属于结构简单的、小型冲裁件、冲压件的尺寸及精度要求不高，故选用开式机械压力机。4.4压力中心计算 压力机规格主要依据冲压件尺寸、变形力大小及模具尺寸等，初选压力机时主要选择压力机的公称压力、行程次数等参数，闭合高度要在模具零件设计完成后，进行必要的校核后再确定具体尺寸。（1）公称压力的选择 冲裁时，压力机的施力行程较小（小于公称压力P0行程），因此所选压力机的公称压力只要大于冲压力的总和即可。 P0P总因为本项目P总=128.587（KN）所以，本项目压力机的公称压力可初选为P0=160KN，型号为J23-16的开式双柱可倾式曲柄压力机。（2）行程次数 行程次数是指滑块每分钟冲击的次数，即滑块每分钟往复运动的次数。主要考虑以下因素。为了提高生产效率，就要增加行程次数。考虑操作方式（进、出料时间的快慢）。不能忽略金属变形素的这一因数(金属流动速度)。行程次数太高，将缩短设备寿命。J23-16型压力机的行程次数为120次 /min，远远满足冲裁件的生产效率要求。（3）滑块行程（S） 是指滑块的最大运动距离，即曲柄旋转一周，上止点至下止点的距离。其值为曲柄半径的两倍：S=2R，主要考虑以下因数。要保证毛坯放进和工件取出，应使滑块行程大于工件高度(H工)的两倍以上，即：S大于2H工与行程次数有密切关系，行程长 ，则次数少，所以限制行程，可提高生产率。J23-16型压力机的滑块行程为50mm，远远满足冲裁件的冲压行程。（4）闭合高度 压力机的闭合高度是指闭合滑块在下止点时，滑块地底面到工作台上平面之间的距离。压力机的闭合高度可以通过调整连杆长度来改变其大小，将连杆调至最短时，闭合高度最大，称最大闭合高度。将连杆调至最长时，闭合高度最小，称最小闭合高度。J23-16型压力机的最大闭合高度为220mm，连杆调节量为45mm，故最小闭合高度为175mm。当压力机工作台面上有垫板时，用压力机的闭合高度减去垫板的厚度，就是压力机的装模高度，没有垫板的压力机，其装模高度与闭合高度相等。模具的闭合高度是指模具在最低工作位置时，上模座上平面至下模座下平面之间的距离。压力机的配合应该遵守Hmax-5H+THmin+10220-5（mm）H175+10（mm）215（mm）H185（mm）如果压力机上不设置垫板，本项目所设计的模具闭合高度H在185-215mm之间。加上垫板，模具闭合高度将减小。本项目所设计模具的闭合高度为149mm，而J23-16型开式双柱可倾式压力机的最小闭合高度为175mm，不能满足所设计模具要求，所以模具在压力机安装时须加垫板，垫板厚度按下式选取Hmax-Hd-5HHmin-Hd+10Hmax-H-5HdHmin-H+10215-419-5Hd175-149+1061Hd36取40mm即本项目选用的J23-16型开式双柱可倾式压力机在使用时需要增加一个40mm高的垫板。（5）工作台面尺寸 压力机工作台面尺寸应大于下模周界60-100mm。J23-16型压力机的工作台面尺寸（前后 左右）为300mm 400mm，那么，设计时的模具下模座（宽 长）不要超过200mm350mm即可。（6）模柄尺寸 J23-16型开式双柱可倾式压力机的模柄尺寸（直径深度）为30mm50mm，那么，设计时模具的模柄尺寸要与模柄空尺寸匹配即可。综合以上因素，本项目选用J23-16型开式双柱可倾式压力机。4.5冲压工艺分析 该零件材料厚度较薄，尺寸小，近似三角形，是一个轴对称，零件的先对结构较简单，最小孔径为5mm，满足最小孔径的要求，因此孔与孔距离为3.5mm，满足最小孔的要求，因此可以同时冲出；孔与边缘之间的最小距离为3.5mm也满足要求，精度全部为未注公差，可以看做IT10级，满足普通冲裁的经济精度要求。综上所述，可知该工件冲压工艺性良好。4.6冲压工艺方案的确定. 在调查研究、收集资料及工艺分析的基础上，开始进行总体方案的拟定，此阶段是设计的关键，是创造性的工作。确定工艺方案，主要是确定模具类型，包括确定冲压工序数、工序的组合和顺序等。应在工艺分析的基础上，根据冲裁件的生产批量、尺寸精度尺寸大小、形状复杂程度、材料的厚薄、冲压制造条件、冲压设备条件等多方面因素，拟定多种冲压工艺，然后选取一种最佳方案。一般分为下列三种方案。 方案一：先落料，后冲孔。采用单工序模生产。 方案二：落料冲孔复合冲压。采用复合模生产。 方案三：冲孔、落料级进冲压。采用级进模生产。方案一模具结构简单，但生产效率低，不能满足大量生产对效率的要求；方案二工件的精度及生产效率都较高，但模具比较复杂，制造难度大，而且操作不方便；方案三生产效率高，操作方便，工件精度也能满足要求。因此原则方案三。5.冲压模具结构确定5.1模具类型的选择 根据上述方案，这里选用级进模。5.2定位方式的选择 利用无侧压装置的导料板导料，侧刃定距，5.3卸料出件方式的选择采用刚性卸料和下出件方式5.4导向方式的选择为保证导向精度，这里选用中间导柱方式。6.模具的装配图装配图（1） 模具的组成上模部分主要由上模部分主要由上模座6、凸模固定板7，小凸模5、大凸模8，卸料橡胶1等零件组成。下模部分主要由下模座2、定位板3、小凹模4、大凹模10、凹模固定板9等零件组成。（2）模具的工作过程两块单个毛坯按不同方向放置在下模上由定位板3准确定位，上模随压力机滑块下行，小凸模5、小凹模4和大凸模8、大凹模10分别对其毛坯进行冲压，使材料分离得到冲孔件。箍在凸模外的工件在上模回程时由卸料橡胶1直接卸下。卡在凹模中的冲孔废料靠料推料被依次推出，实现自然漏料。6.1模具组装 根据复合模的特点,先装上模，再装下模较为合理,并调整间隙,试冲,返修.具体过程如下:上模装配仔细检查各将要装配零件是否符合图纸要求,形状并作好划线,定位等准备工作。先将凸模与凸模固定板装配,再与凹模板装配,并调整间隙。把已装配好的凸模及凹模与上模座,并在次检查间隙是否合理后,打入销钉及拧入螺丝。7.工件的零件图绘制及分析凹模凸模 凸凹模精度主要根据零件的精度决定，所以取IT14，工作表面质量一般要求较高，这样工件的质量会比较好，凸凹模的圆角半径间隙的大小要均匀，上模座下模座 冲模的模座分上、下模座，其形状基本相同，除特殊形状外，都选用标准件。上、下模板和中间的导向装置一起称为模架，而无导向装置的一套上、下模板称为模座。模座是整个模具的基础零件，它不仅要直接或间接安装冲模的全部零件，而且要承受和传递冲压力。因此，模板不仅需要具有足够的强度，而且还要有足够的刚度。 凸模固定板凹模固定板固定板的作用是将小型凸、凹模零件固定在上、下模座上。固定板平面尺寸除了保证能安装凸模（凹模）外，还要考虑螺钉和销钉孔的位置。固定板固定凸模（凹模）外，还要求固紧牢靠并有良好的垂直度。因此，固定板必须有足够的厚度和刚度。其厚度可按下列经验公式计算：对于凹模固定板H=（0.60.8）H凹；对于凸模固定板H=（11.5）D凸。由于此次设计采用的是倒装式复合结构，故凹模采用的是螺钉跟销钉固定。对于凸模固定板采用的是矩形固定板，其基本结构形式16012525（LBH）。固定板的作用是将小型凸、凹模零件固定在上、下模座上。固定板平面尺寸除了保证能安装凸模（凹模）外，还要考虑螺钉和销钉孔的位置。固定板固定凸模（凹模）外，还要求固紧牢靠并有良好的垂直度。因此，固定板必须有足够的厚度和刚度。其厚度可按下列经验公式计算：对于凹模固定板H=（0.60.8）H凹；对于凸模固定板H=（11.5）D凸。由于此次设计采用的是倒装式复合结构，故凹模采用的是螺钉跟销钉固定。对于凸模固定板采用的是矩形固定板，其基本结构形式16012525（LBH）。结 论随着设计的完成，也将意味着我的大学生活即将结束，但在这段时间里面，为了解决设计的问题，去请教指导老师，和同学一起讨论以及查看数控相关的书籍。经过这段时间的学习，我自身的能力也得到了一定的提高。 不过最终我还是把模具设计做完了，通过这次设计，首先是对大学三年里所学到得基础知识和专业知识做了一个综合性得复习与总结，也明白了自己需要在哪方面尚需要继续努力，下苦功，也可以说是一个综合性得检测。此次设计，将三年里学过的理论知识与实践相结合，并结合自己得毕业调研，最终完成此次设计。通过这设计，不仅